異步電動機的電氣裝置保護

1、異步電動機的電氣裝置保護異步電動機的保護是個復(fù)雜的問題。在實際使用中，應(yīng)按照電動 機的容量、型式、控制方式和配電設(shè)備等不同來選擇相適應(yīng)的保護裝 置及起動設(shè)備。電動機的保護與控制關(guān)系電動機的保護往往與其控制方式有一定關(guān)系，即保護中有控制， 控制中有保護。如電動機直接起動時，往往產(chǎn)生 47 倍額定電流的起 動電流。若由接觸器或斷路器來控制，則電器的觸頭應(yīng)能承受起動電 流的接通和分斷考核，即使是可頻繁操作的接觸器也會引起觸頭磨損 加劇，以致?lián)p壞電器；對塑料外殼式斷路器，即使是不頻繁操作，也 很難達到要求。因此，使用中往往與起動器串聯(lián)在主回路中一起使 用，此時由起動器中的接觸器來承載接通起動電流的考核

2、，而其他電 器只承載通常運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的電動機過載電流分斷的考核，至于保護功 能，由配套的保護裝置來完成。此外，對電動機的控制還可以采用無觸點方式，即采用軟起動控 制系統(tǒng)。電動機主回路由晶閘管來接通和分斷。有的為了避免在這些 元件上的持續(xù)損耗，正常運行中采用真空接觸器承載主回路 （ 并聯(lián)在晶 閘管上 ） 負載。這種控制有程控或非程控；近控或遠控；慢速起動或快 速起動等多種方式。另外，依賴電子線路，很容易做到如電子式繼電 器那樣的各種保護功能。電動機保護裝置 電動機的損壞主要是繞組過熱或絕緣性能降低引起的，而繞組的 過熱往往是流經(jīng)繞組的電流過大引起的。對電動機的保護主要有電 流、溫度檢測兩大類型。下

3、面結(jié)合產(chǎn)品作些介紹。1電流檢測型保護裝置(1) 熱繼電器利用負載電流流過經(jīng)校準的電阻元件，使雙金屬熱元 件加熱后產(chǎn)生彎曲，從而使繼電器的觸點在電動機繞組燒壞以前動 作。其動作特性與電動機繞組的允許過載特性接近。熱繼電器雖則動 作時間準確性一般，但對電動機可以實現(xiàn)有效的過載保護。隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計的不斷完善和改進，除有溫度補償外，它還具有斷相保護及負載不平衡保護功能等。例如從ABB公司引進的T系列雙金屬片式熱過載繼電器；從西門子引進的3UA5 3UA6系列雙金屬片式熱過載繼電器；JR20型、JR36型熱過載繼電器，其中 Jn36 型為二次開發(fā)產(chǎn)品，可取代淘汰產(chǎn)品 JRl6 型。(2) 帶有熱磁脫扣的電

4、動機保護用斷路器熱式作過載保護用，結(jié) 構(gòu)及動作原理同熱繼電器，其雙金屬熱元件彎曲后有的直接頂脫扣裝 置，有的使觸點接通，最后導(dǎo)致斷路器斷開。電磁鐵的整定值較高， 僅在短路時動作。其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、動作特性符合現(xiàn)行 標準、保護可靠，故日前仍被大量采用特別是小容量斷路器尤為顯著。例如從ABB公司引進的M611型電動機保護用斷路器，國產(chǎn) DWI5 低壓萬能斷路器(200 630A)、S系列塑殼斷路器(100、200、400 入)。(3) 電子式過電流繼電器通過內(nèi)部各相電流互感器檢測故障電流信 號，經(jīng)電子電路處理后執(zhí)行相應(yīng)的動作。電子電路變化靈活，動作功 能多樣，能廣泛滿足各種類型的電動機的

5、保護。其特點是： 多種保護功能。主要有三種：過載保護，過載保護十斷相保 護，過載保護十斷相保護 +反相保護。 動作時間可選擇(符合GBI4048. 4 93標準)。標準型（10級）：7. 2ln（ln為電動機額定電流），4 10s動作， 用于標準電動機過載保護，速動型（10A級）:7. 2ln時，2 10s動 作，用于潛水電動機或壓縮電動機過載保護。慢動型 （30 級） ： 7. 2ln 時， 930s 動作，用于如鼓風(fēng)機電機等起動時間長的電動機過載保 護。 電流整定范圍廣。其最大值與最小值之比一般可達34倍，甚至更大倍數(shù) （ 熱繼電器為 1. 56 倍） ，特別適用于電動機容量經(jīng)常變動 的場

6、合 （ 例如礦井等 ） 。 有故障顯示。由發(fā)光二極管顯示故障類別，便于檢修。（4）固態(tài)繼電器它是一種從完成繼電器功能的簡單電子式裝置發(fā)展到具有 各種功能的微處理器裝置。其成本和價格隨功能而異，最復(fù)雜的繼電 器實際上只能用于較大型、較昂貴的電動機或重要場合。它監(jiān)視、測 量和保護的主要功能有： 最大的起動沖擊電流和時間； 熱記憶； 大慣性負載的長時間加速； 斷相或不平衡相電流； 相序； 欠電壓或過電壓； 過電流 （ 過載 ） 運行； 堵轉(zhuǎn)； 失載 （ 機軸斷裂，傳送帶斷開或泵空吸造成工作電流下跌 ） ； 電動機繞組溫度和負載的軸承溫度；超速或失速。上述每一種信息均可編程輸入微處理器，主要是加上需要

7、的時 限，以確保在電動機起動或運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生損壞之前，將電源切斷。 還可用發(fā)光二極管或數(shù)字顯示故障類別和原因，也可以對外向計算機 輸出數(shù)據(jù)。(5) 帶有電子式脫扣的電動機保護用斷路器其動作原理類同上述電 子式過電流繼電器或固態(tài)繼電器。功能主要有：電路參量顯示( 電流、電壓、功率、功率因數(shù)等 ) ，負載監(jiān)控 (按規(guī)定切除或投入負載 )，多種 保護特性 (指數(shù)曲線反時限、 I2t 曲線反時限、定時限或其組合 )，故障 報警，試驗功能，自診斷功能，通信功能等。產(chǎn)品如施耐德電氣公司 生產(chǎn)的M系列低壓斷路器。(6) 軟起動器軟起動器的主電路采用晶閘管，控制其分斷或接通的 保護裝置一般做成故障檢測模塊，用

8、來完成對電動機起動前后的異常 故障檢測，如斷相、過熱、短路、漏電和不平衡負載等故障，并發(fā)出 相應(yīng)的動作指令。其特點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用單片機即可完成，適 用于工業(yè)控制。2溫度檢測型保護裝置(1) 雙金屬片溫度繼電器它直接埋入電動機繞組中。當電動機過載 使繞組溫度升高至接近極限值時，帶有一觸頭的雙金屬片受熱產(chǎn)生彎 曲，使觸點斷開而切斷電路。產(chǎn)品如 JW2溫度繼電器。(2) 熱保護器它是裝在電動機本體上使用的熱動式過載保護繼電 器。與溫度繼電器不同的是帶 2 個觸頭的碗形雙金屬片作為觸橋串在 電動機回路，既有流過的過載電流使其發(fā)熱，又有電動機溫度使其升 溫，達到一定值時，雙金屬片瞬間反跳動作，觸點

9、斷開，分斷電動機電流。它可作小型三相電動機的溫度、過載和斷相保護。產(chǎn)品如sPB、DRB型熱保護器。(3) 檢測線圈測溫電動機定子每相繞組中埋入 12 個檢測線圈， 由自動平衡式溫度計來監(jiān)視繞組溫度。(4) 熱敏電阻溫度繼電器它直接埋入電動機繞組中，一旦超過規(guī)定 溫度，其電阻值急劇增大 101000 倍。使用時，配以電子電路檢測， 然后使繼電器動作。產(chǎn)品如JW9系列船用電子溫度繼電器。保護裝置與異步電動機的協(xié)調(diào)配合 為了確保異步電動機的正常運行及對其進行有效的保護，必須考 慮異步電動機與保護裝置之間的協(xié)調(diào)配合。特別是大容量電網(wǎng)中使用 小容量異步電動機時，保護的協(xié)調(diào)配合更為突出。1過載保護裝置與電

10、動機的協(xié)調(diào)配合(1) 過載保護裝置的動作時間應(yīng)比電動機起動時間略長一點。電動 機過載保護裝置的特性只有躲開電動機起動電流的特性，才能確保其 正常運轉(zhuǎn)；但其動作時間又不能太長，其特性只能在電動機熱特性之 下才能起到過載保護作用。(2) 過載保護裝置瞬時動作電流應(yīng)比電動機起動沖擊電流略大一 點。如有的保護裝置帶過載瞬時動作功能，則其動作電流應(yīng)比起動電 流的峰值大一些，才能使電動機正常起動。(3) 過載保護裝置的動作時間應(yīng)比導(dǎo)線熱特性小一點，才能起到供 電線路后備保護的功能2過載保護裝置與短路保護裝置的協(xié)調(diào)配合一般過載保護裝置不 具有分斷短路電流的能力。一旦在運行中發(fā)生短路，需要由串聯(lián)在主 電路中的

11、短路保護裝置 (如斷路器或熔斷器等 ) 來切斷電路。若故障電 流較小，屬于過載范圍，則仍應(yīng)由過載保護裝置切斷電路。故兩者的 動作之間應(yīng)有選擇性。短路保護裝置特性是以熔斷器作代表說明的，與過載保護特性曲 線的交點電流為 Ij ，若考慮熔斷器特性的分散性，則交點電流有 Is 及 IB 兩個，此時就要求 Is 及以下的過電流應(yīng)由過載保護裝置來切斷電 路， Ib 及以上直到允許的極限短路電流則由短路保護裝置來切斷電 路，以滿足選擇性要求。顯然，在 IsIB 范圍內(nèi)就很難確保有選擇 性因此要求該范圍應(yīng)盡量小。從現(xiàn)行 IEC 標準規(guī)定來看，極限值為 Is = O 75lj , Ib = 1. 25IJ。目前過載保護裝置的額定接通和分斷能 力均按 075IJ 考核，顯然偏低一些，從 IEC 標準修改的動向，今后 有可能按 IJ 考核，以提高其可靠性。因此上述的協(xié)調(diào)配合應(yīng)既考慮其 選擇性，又考慮其額定接通和分斷能力。結(jié)語 異步電動機的保護是涉及電氣裝置和機械設(shè)備可靠、正常運轉(zhuǎn)的 關(guān)鍵之一。直接檢測電動機繞組的溫度來保護過載引起的過熱是很有 效的保護方式，但由于需直接埋入電動機繞組里，價格較貴、維修困 難等原因，僅在部分頻繁操作場合使用；從經(jīng)濟性考慮，